CC BY
79
ПРЕДПУСКОВОЙ ПОДОГРЕВ - КАК СРЕДСТВО ДЛЯ ЭКОНОМИЧНОЙ И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА
А.В. Шуруев
Аннотация. Рассматривается предпусковой подогрев как экономически эффективное и безопасное средство двигателей в зимний период.
ключевые слова: предпусковой подогрев, двигатель внутреннего сгорания, газовая установка, электронагреватель.
Большое разнообразие климатических условий на территории страны усложняет эксплуатацию техники.
Территория России находится между 37 и 77 градусами северной широты, в которой 54% лежит в границах изотермы средней температуры января -20°С. В районах концентрации сельскохозяйственной и другой техники период пониженных температур достигает 150210 дней. Очевидно, что основной машиннотракторный парк работает в условиях пониженной температуры.
Зимой значительно труднее запустить двигатель, особенно дизельный. Это объясняется пониженной температурой воздуха, засасываемого в цилиндры, пониженным давлением в конце сжатия, а также ослаблением электрической искры в карбюраторных и инжекторных двигателях. Понижение температуры воздуха происходит из-за утечки смеси или воздуха, вследствие малой частоты вращения коленчатого вала, а также в результате интенсивной теплоотдачи через поверхность камеры сжатия.
В холодное время года трудоемкость запуска увеличивается в 1,5-2,0 раза по сравнению с теплым временем года. Увеличение трудоемкости запуска двигателя сказывается на рабочем времени. Чистое рабочее время уменьшается на 1,5-1,8 часа за смену. Увеличение трудоемкости запуска двигателя в холодное время года приводит к увеличению времени действия опасных ситуаций и к несчастным случаям. По данным ФГНУ ВНИИ охраны труда Минсельхоза России за
1996 - 2005 гг. при запуске двигателя тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин смертельно травмировались 818 трактористов.
Рассмотрим, на что влияет низкая температура. Обратимся к конструкции. Известно, что детали двигателей часто выполняются из разнородных материалов: например, одна из сопрягаемых деталей - алюминиевая, а другая - стальная или чугунная.
В паре поршень - чугунный блок цилиндров или гильза при низких температурах зазоры окажутся большими, а в паре поршневой палец - поршень зазоры будут уменьшаться. Это происходит из-за разности коэффициентов температурного расширения алюминия и стали (чугуна).
При запуске холодного двигателя в сопряжении поршневой палец - бобышки поршня происходит быстрое вращение пальца без зазора и при недостаточной смазке (загустевшее масло не сразу начинает поступать к трущимся поверхностям). Это может привести к обрыву юбки поршня.
Не менее опасная ситуация возможна и с подшипниками распределительного вала. Он наиболее удален от маслонасоса и, после запуска, масло к нему поступит в последнюю очередь. При низких температурах и слишком вязком масле подшипники распредвала могут испытывать "масляное голодание" в течение нескольких секунд после запуска. Результат будет зависеть от режима работы двигателя: при низких частотах вращения возможно заклинивание вала в подшипниках, а при высоких - их расплавление с серьезным повреждением вала и головки блока. Недостаточная смазка - одна из основных причин появления неисправностей при холодном запуске и прогреве двигателя.
У современных двигателей, обладающих высокой компактностью конструкции, каналы системы смазки, как правило, имеют малые сечения. Из-за этого двигатель очень чувствителен к вязкости масла - если при холодном пуске она слишком велика, масло не будет поступать к подшипникам довольно долго со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Еще задержка масла в парах трения объясняется тем, что масло, выброшенное вначале в магистраль маслонасо-сом, другим из картера не заменяется - под насосом образуется воздушная яма из-за малой текучести масла.
Для предотвращения вышеперечисленных факторов необходимо производить предпусковой разогрев двигателя.
За годы эксплуатации двигателей внутреннего сгорания было изобретено множество способов разогрева и подогрева, автономных и стационарных установок. Различают несколько способов подготовки двигателя к пуску в холодное время: сохранение тепла от предыдущей работы, использование тепла от внешних источников, использование легко воспламеняющихся смесей.
Неплохой результат по сохранению тепла дает установка специальных чехлов на капот и радиатор. Также могут применяться утеплители из пенопласта, устанавливаемые под капот машины. На внутреннюю поверхность капота напыляют теплозащитный слой из пенополиуретана или пенополивинилхлорида.
В дополнение к утеплителям капота могут устанавливаться поддоны - утеплители двигателя, изготавливаемые из войлока и листовой стали. Поддоны -утеплители обеспечивают меньшую потерю тепла от двигателя, что обеспечивает лучший запуск двигателя при непродолжительной стоянке, уменьшение травматических ситуаций, которые появляются при пуске -прогреве двигателя.
В практике эксплуатации автомобилей и тракторов предпусковой разогрев агрегатов получил распространение при помощи горячей воды (наиболее распростра-
ненный и доступный способ), а также пара, горячим воздухом, электро- и газонагревателями (рисунок 1).
1 — подземный резервуар для жидкого газа; 2 — котлован; 3 — головки емкостей; 4 —трубопровод низкого давления; 5 — трубопровод среднего давления; 6 — траншея; 7 —металлический шкаф; 8 —помещение;
9 — автоматический водонагреватель; 10 — промежуточная емкость; 11 — бак для холодной и горячей воды; 12 — трубопровод для горячей воды; 13 — трубопровод для холодной воды; 14 — ручной насос; 15 — механический насос; 16 — кран выдачи горячей воды.
Рисунок 2 - Схема водо - воздушного подогревателя:
1 — термос; 2 — водяной насос; 3 — котел; 4 — топливный кран; 5 — топливный бак; 6 — форсунка; 7 — распределительный кожух; 8 —камера горения форсунки; 9 — кожух котла; 10 — вентилятор; 11 — предохранительный клапан; 12 — трехходовой кран; 13 — раздаточный пистолет; 14 — теплообменник; 15 — боковой воздуховод; 16 — регулирующая заслонка; 17
— центральный воздуховод.
Рисунок 3 - Трубчатый электронагреватель:
1 —муфты; 2 —центральный электрод; 3 — спираль; 4 —труба; 5 —отверстия, в которые вваривают муфты; 6 —положение нагревательного элемента.
а —общий вид, б —установка нагревателя для подогрева картерного масла в двигателях ГАЗ, УАЗ, в — то же, в двигателях ЗИЛ.
1 — нагнетающий топливопровод; 2 — блок (клапан—форсунка — электронагреватель топлива); 3— завихритель; 4— цилиндр горелки внутренний; 5 — цилиндр горелки наружный; 6 — патрубок для выхода горячей жидкости; 7 — камера сгорания; 8 — водяная рубашка наружная; 9 — водяная рубашка внутренняя;
10 — газоход; 11— патрубок для подвода воды в котел; 12 — сливной краник; 13 — выхлопной патрубок; 14 — дренажная трубка; 15 — топливный насос; 16 — электродвигатель; 17 — вентилятор; 18 — водяной насос; 19 — патрубок водяного насоса всасывающий; 20 — свеча накаливания;
I — подводящий патрубок; II — отводящий патрубок
Для получения горячей воды используются стационарные и передвижные водогрейные установки (рисунок 2), а также котельные, дооборудованные теплообменниками для нагрева масел, раздаточными и заправочными устройствами.
Общим недостатком таких простейших водогреек является низкий КПД, они не экономичны в работе.
Быстрое распространение получает способ разогрева двигателей при помощи электроэнергии, потому что эти устройства очень просты по конструкции и безопасны в обращении. К таким устройствам относят трубчатые электронагревательные элементы (ТЭНы) (рису-
нок 3), внутри которых расположена спираль накаливания. Для установки такого элемента используются отверстия для слива жидкостей или лючки в двигателе. Работа их осуществляется в основном от электрической сети 220 В.
На ряде автомобильных и тракторных двигателей широко применяются индивидуальные подогреватели, к ним относятся такие жидкостные подогреватели, работающие на бензине типа ПЖБ-6, ПЖБ-12 и работающие на дизельном топливе типа ПЖД-22, ПЖД-44 (рисунок 4).
Еще одна составляющая предпускового подогрева -экологическая. Применение предпусковых подогревателей позволяет уменьшить выброс вредных продуктов горения при запуске двигателя, СН примерно на 30%, а СО даже на 50%, что позволяет на машинах удовлетворяющих требованиям Евро-2, выполнять стандарт Евро-3 без дополнительных мероприятий.
Анализируя выше приведенный материал, следуют выводы что:
1. Применение предпускового подогрева двигателя приводит к уменьшению времени запуска двигателя, что уменьшает вероятность появления травматической ситуации.
2. Для уменьшения потерь рабочего времени и повышения безопасности при запуске двигателя необходимо разогревать двигатель до оптимальной температуры.
3. Использование предпускового подогрева в холодный период времени года дает существенный эффект по увеличению ресурса двигателя: снижение механического износа, уменьшает время «масляного голодания» деталей.
4. Использование предпускового подогрева в холодный период времени года дает существенное снижение расхода топлива при прогреве на 15-20%, уменьшение вредных веществ в отработавших газах при запуске двигателя.
Информация об авторе
Шуруев А.В., кандидат технических наук, старший преподаватель ФГБОУ ВПО «Орловский ГАУ».
